Физические методы управления формированием структуры металлов
The aim of this work was to develop scientifically based methods for controlling the formation of a cast structure of metal billets at the first stage of metal production. Using model and metal systems, the possibility of controlling the structure of the workpieces by external physical and thermal e...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Physico-technological Institute of Metals and Alloys
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/105 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Metal and Casting of Ukraine |
Репозитарії
Metal and Casting of Ukraine| _version_ | 1859471940507402240 |
|---|---|
| author | Нурадинов, А. С. Пригунова, А. Г. Шейгам, В. Ю. Вернидуб, А. Г. Нурадинов, И. А. |
| author_facet | Нурадинов, А. С. Пригунова, А. Г. Шейгам, В. Ю. Вернидуб, А. Г. Нурадинов, И. А. |
| author_sort | Нурадинов, А. С. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-06-12T07:37:21Z |
| description | The aim of this work was to develop scientifically based methods for controlling the formation of a cast structure of metal billets at the first stage of metal production. Using model and metal systems, the possibility of controlling the structure of the workpieces by external physical and thermal effects on the melt during its solidification (overheating, cooling rate, and vibration) was studied. Physical modeling carried out on a flat model of an ingot made of an alloy of camphene with tricyclene made it possible, by regulating the intensity of heat removal during solidification of the melt, to observe in real time the nucleation and growth of crystallization centers, to determine the rate of advancement of the front and the duration of the total solidification time depending on vibration modes. The data obtained on the model alloy on the specifics of the crystallization process due to external physical and thermal influences using the developed method are recalculated for metal objects and verified when studying the formation of the structure of aluminum alloy ingots of technical grade A5 grade. The intensity of heat removal from the hardened metal was controlled by pouring the melt superheated to 750 °C into molds with different wall thickness and thermal conductivity, which ensured a change in the cooling rate from 0.3 °C/s to 5 °C/s. With an increase in the heat sink intensity and vibration exposure to the solidified melt, the kinetics of the crystallization process changes, as a result of which the uniformity and dispersion of the crystal structure of the ingots increase.
The results of physical modeling and experiments conducted on metal are in good agreement. The general trend is a significant reduction in the size of macro- and microstructure elements under the influence of vibration. The size of grains and crystals on average decreases by 3–5 times, their size factor decreases in the same ratio, approaching to 1. The microstructure of the ingots is homogeneous, finely crystalline. It has been established that, using a different combination of the considered factors of influence, it is possible to control the processes of crystallization and structure formation. The negative effect of large overheating on the formation of a dispersed dendritic structure can be practically leveled by regulating the intensity of heat removal or by vibrating the liquid and hardening metal. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:50:31Z |
| format | Article |
| id | oai:oai.metalsandcasting.com:article-105 |
| institution | Metal and Casting of Ukraine |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:50:31Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Physico-technological Institute of Metals and Alloys |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:oai.metalsandcasting.com:article-1052023-06-12T07:37:21Z Physical methods of control of formation of metal structure Физические методы управления формированием структуры металлов Нурадинов, А. С. Пригунова, А. Г. Шейгам, В. Ю. Вернидуб, А. Г. Нурадинов, И. А. alloy crystallization overheating hypothermia cooling intensity vibration structure сплав кристаллизация перегрев переохлаждение интенсивность охлаждения вибрация структура The aim of this work was to develop scientifically based methods for controlling the formation of a cast structure of metal billets at the first stage of metal production. Using model and metal systems, the possibility of controlling the structure of the workpieces by external physical and thermal effects on the melt during its solidification (overheating, cooling rate, and vibration) was studied. Physical modeling carried out on a flat model of an ingot made of an alloy of camphene with tricyclene made it possible, by regulating the intensity of heat removal during solidification of the melt, to observe in real time the nucleation and growth of crystallization centers, to determine the rate of advancement of the front and the duration of the total solidification time depending on vibration modes. The data obtained on the model alloy on the specifics of the crystallization process due to external physical and thermal influences using the developed method are recalculated for metal objects and verified when studying the formation of the structure of aluminum alloy ingots of technical grade A5 grade. The intensity of heat removal from the hardened metal was controlled by pouring the melt superheated to 750 °C into molds with different wall thickness and thermal conductivity, which ensured a change in the cooling rate from 0.3 °C/s to 5 °C/s. With an increase in the heat sink intensity and vibration exposure to the solidified melt, the kinetics of the crystallization process changes, as a result of which the uniformity and dispersion of the crystal structure of the ingots increase. The results of physical modeling and experiments conducted on metal are in good agreement. The general trend is a significant reduction in the size of macro- and microstructure elements under the influence of vibration. The size of grains and crystals on average decreases by 3–5 times, their size factor decreases in the same ratio, approaching to 1. The microstructure of the ingots is homogeneous, finely crystalline. It has been established that, using a different combination of the considered factors of influence, it is possible to control the processes of crystallization and structure formation. The negative effect of large overheating on the formation of a dispersed dendritic structure can be practically leveled by regulating the intensity of heat removal or by vibrating the liquid and hardening metal. В настоящей работе преследовалась цель разработать научно-обоснованные методы управления формированием литой структуры металлических заготовок на первом этапе производства металлопродукции. На модельной и металлической системах изучена возможность управления структурой заготовок внешними физико-термическими воздействиями на расплав в процессе его затвердевания (перегрев, интенсивность охлаждения и вибрация). Физическое моделирование, проведенное на плоской модели слитка из сплава камфена с трицикленом, позволило, регулируя интенсивность теплоотвода при затвердевании расплава, в режиме реального времени наблюдать зарождение и рост центров кристаллизации, определять скорость продвижения фронта и продолжительность общего времени затвердевания в зависимости от режимов вибрации. Полученные на модельном сплаве данные о специфике процесса кристаллизации, обусловленного внешними физико-термическими воздействиями, используя разработанную методику, пересчитаны на объекты из металла и проверены при исследовании формирования структуры слитков из алюминия технической чистоты марки А5. Интенсивность теплоотвода от затвердевающего металла регулировали заливанием перегретого до 750 °С расплава в формы с различной толщиной стенок и теплопроводностью, что обеспечило изменение скорости охлаждения от 0,3 °С/с до 5 °С/с. При повышении интенсивности теплоотвода и воздействии вибрацией на затвердевающий расплав меняется кинетика процесса кристаллизации, вследствие чего увеличивается однородность и дисперсность кристаллической структуры слитков. Результаты физического моделирования и экспериментов, проведенных на металле, хорошо согласуются. Общей тенденцией является существенное уменьшение размеров элементов макро- и микроструктуры под воздействием вибрации. Величина зерен и кристаллов в среднем уменьшается в 3–5 раз, в таком же соотношении уменьшается и их размерный фактор, приближаясь к 1. Микроструктура слитков однородная, мелкокристаллическая. Установлено, что, используя различное сочетание рассмотренных факторов воздействия, можно управлять процессами кристаллизации и структурообразования. Отрицательное влияние больших перегревов на формирование дисперсной дендритной структуры можно практически нивелировать, регулируя интенсивность теплоотвода или воздействуя вибрацией на жидкий и затвердевающий металл. Physico-technological Institute of Metals and Alloys 2023-06-12 Article Article Рецензована Стаття application/pdf https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/105 Metal and Casting of Ukraine; Vol. 28 No. 2 (2020): Метал та лиття України Метал та лиття України ; Том 28 № 2 (2020): Метал та лиття України 2706-5529 2077-1304 uk https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/105/105 Авторське право (c) 2023 Метал та лиття України |
| spellingShingle | сплав кристаллизация перегрев переохлаждение интенсивность охлаждения вибрация структура Нурадинов, А. С. Пригунова, А. Г. Шейгам, В. Ю. Вернидуб, А. Г. Нурадинов, И. А. Физические методы управления формированием структуры металлов |
| title | Физические методы управления формированием структуры металлов |
| title_alt | Physical methods of control of formation of metal structure |
| title_full | Физические методы управления формированием структуры металлов |
| title_fullStr | Физические методы управления формированием структуры металлов |
| title_full_unstemmed | Физические методы управления формированием структуры металлов |
| title_short | Физические методы управления формированием структуры металлов |
| title_sort | физические методы управления формированием структуры металлов |
| topic | сплав кристаллизация перегрев переохлаждение интенсивность охлаждения вибрация структура |
| topic_facet | alloy crystallization overheating hypothermia cooling intensity vibration structure сплав кристаллизация перегрев переохлаждение интенсивность охлаждения вибрация структура |
| url | https://www.metalsandcasting.com/index.php/mcu/article/view/105 |
| work_keys_str_mv | AT nuradinovas physicalmethodsofcontrolofformationofmetalstructure AT prigunovaag physicalmethodsofcontrolofformationofmetalstructure AT šejgamvû physicalmethodsofcontrolofformationofmetalstructure AT vernidubag physicalmethodsofcontrolofformationofmetalstructure AT nuradinovia physicalmethodsofcontrolofformationofmetalstructure AT nuradinovas fizičeskiemetodyupravleniâformirovaniemstrukturymetallov AT prigunovaag fizičeskiemetodyupravleniâformirovaniemstrukturymetallov AT šejgamvû fizičeskiemetodyupravleniâformirovaniemstrukturymetallov AT vernidubag fizičeskiemetodyupravleniâformirovaniemstrukturymetallov AT nuradinovia fizičeskiemetodyupravleniâformirovaniemstrukturymetallov |